光學傳感基礎知識

 

傳chuan統tong的de電dian傳chuan感gan器qi使shi用yong傳chuan感gan器qi將jiang物wu理li現xian象xiang轉zhuan換huan為wei電dian信xin號hao，然ran後hou通tong過guo數shu據ju采cai集ji係xi統tong對dui其qi進jin行xing調tiao節jie，數shu字zi化hua和he縮suo放fang至zhi預yu期qi值zhi。盡jin管guan它ta們men無wu處chu不bu在zai，但dan這zhe些xie傳chuan感gan器qi具ju有you固gu有you的de局ju限xian性xing，並bing且qie在zai某mou些xie類lei型xing的de應ying用yong中zhong使shi用yong電dian傳chuan感gan器qi是shi不bu切qie實shi際ji的de，如ru果guo不bu是shi完wan全quan不bu可ke能neng的de話hua。光guang纖xian傳chuan感gan器qi為wei這zhe些xie挑tiao戰zhan提ti供gong了le出chu色se的de解jie決jue方fang案an。

 

從(cong)根(gen)本(ben)上(shang)說(shuo)，光(guang)纖(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)方(fang)式(shi)與(yu)電(dian)氣(qi)傳(chuan)感(gan)器(qi)類(lei)似(si)，但(dan)使(shi)用(yong)光(guang)而(er)不(bu)是(shi)電(dian)和(he)玻(bo)璃(li)纖(xian)維(wei)代(dai)替(ti)銅(tong)線(xian)。在(zai)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)調(tiao)節(jie)諸(zhu)如(ru)電(dian)流(liu)
，電(dian)阻(zu)或(huo)電(dian)壓(ya)的(de)電(dian)特(te)性(xing)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，光(guang)纖(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)調(tiao)製(zhi)光(guang)的(de)一(yi)個(ge)或(huo)多(duo)個(ge)屬(shu)性(xing)
，包(bao)括(kuo)強(qiang)度(du)，相(xiang)位(wei)，偏(pian)振(zhen)或(huo)波(bo)長(chang)。

 

光學傳感技術取決於光纖 - 一種比人類頭發更薄的玻璃，在其核心內傳輸光。該光纖由三個主要部分組成：芯xin，包bao層ceng和he緩huan衝chong塗tu層ceng。包bao層ceng將jiang雜za散san光guang反fan射she回hui核he心xin，確que保bao通tong過guo核he心xin傳chuan輸shu
，同tong時shi光guang線xian損sun失shi最zui小xiao。這zhe是shi通tong過guo確que保bao芯xin材cai料liao具ju有you比bi包bao層ceng更geng高gao的de折zhe射she率lv來lai實shi現xian的de，從cong而er引yin起qi光guang的de完wan全quan內nei反fan射she。外wai部bu緩huan衝chong塗tu層ceng可ke保bao護hu光guang纖xian免mian受shou外wai部bu條tiao件jian和he物wu理li損sun壞huai。它ta可ke以yi包bao含han許xu多duo層ceng，具ju體ti取qu決jue於yu所suo需xu的de堅jian固gu程cheng度du。

 

圖1：典型光纖的橫截麵

 

 

盡管存在許多類型的光纖傳感器，但最常用的是光纖布拉格光柵（FBG）。布拉格光柵是折射率的變化，它們以稱為光柵周期的周期性間隔“寫入”光纖的纖芯內。當輸入光信號照射到FBG上時，光柵之間的間隔導致每個光柵的反射相長幹涉並反射特定波長的光，稱為布拉格波長（見圖2）。

 

 

圖2：FBG光學傳感器的操作

 

應變和溫度的變化影響FBG的有效折射率（ne）和光柵周期（Λ），這導致根據下麵的等式1的反射布拉格波長（B）的偏移。因此，可以測量波長偏移以確定應變和/或溫度的相應變化。由於應變和溫度都會影響布拉格波長（從而影響測量），因此溫度補償是大溫度或應變範圍測試的重要考慮因素。

 

 

FBG可以製造成具有各種光柵周期並因此具有各種布拉格波長，使得同一光纖上的不同FBG傳感器能夠反射獨特的光波長。這使得每個波長在光譜範圍內彼此可區分。基於它們各自的布拉格波長在同一光纖上區分FBG的過程稱為波分複用。隻要與每次測量相關的波長偏移不會導致一個FBG傳感器的布拉格波長跨越另一個FBG傳感器的布拉格波長，同一光纖上的數十個傳感器就可以進行獨立測量。

 

用光學傳感解決問題

 

renheyizhizainulijiejuezaoyinguolv，pingbi，buxianwentihuochuanganqisunhuaiwentiderendoukeyigaosunin
，dianzichuanganqiyouyixieyingyongnanyishiying。shiyongdianzichuanganqishiyudaodesigezuijishoudetiaozhanshizaidianqielietiaojianxiabaochikekaoxing，diyueliehuanjingzhongdetuihua，shiyongduogechuanganqijingjidijiancedamianjiquyu，yijijiangchuantongchuanganqianzhuangdaoshouxiankongjianzhong。tongguoshiyongguangxianchuanganqierbushidianchuanganqikeyijiejuezhexiejishouwentizhongdemeiyige。

 

高電磁幹擾和高壓環境

 

電磁幹擾（EMI）是電傳感器係統最常見的測量誤差和故障源之一。在高EMI情況下的電傳感器信號測量，例如近大功率發電機
，電動機或其他ACdianyuan
，tebierongyishizhen。zhexiehuanjingtongchangbaokuogaoyazujian，zhexiezujiankenenghuisunhuaishenzhipohuaichuantongdechuanganqixitong。guolvhegeliyiqikeyizaiyidingchengdushangjiangdigaoEMI和高電壓的風險
，但它們具有有限的噪聲抑製和隔離級別。

 

同樣，光纖傳感器由玻璃製成，並且完全不導電且電無源。這使得它們甚至可以抵抗最高水平的EMI

，並bing且qie完wan全quan不bu受shou環huan境jing中zhong高gao壓ya或huo電dian流liu的de影ying響xiang。例li如ru，您nin可ke以yi將jiang光guang纖xian溫wen度du傳chuan感gan器qi直zhi接jie連lian接jie到dao超chao高gao功gong率lv組zu件jian
，例li如ru電dian機ji繞rao組zu，變bian壓ya器qi和he電dian源yuan線xian，以yi便bian在zai運yun行xing期qi間jian進jin行xing高gao精jing度du熱re特te性xing分fen析xi。

 

 

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